KR102211038B1 - 가스 누출에서 가스 화합물의 분류 방법 - Google Patents
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Abstract
지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 개별 가스 화합물을 분류하는 방법 및 시스템이 제공된다. 이 방법은 극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 적어도 하나의 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 다수의 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계; 상기 이미지로부터 각각의 상기 필터에서 상기 가스의 상대 흡수 반응을 각각 계산하는 단계; 미리 정해진 계수의 세트를 계산하는 단계; 상기 상대 흡수 반응을 상기 필터들의 상대 반응의 합으로 정규화하는 단계; 및 상기 누출 가스의 상기 가스 화합물의 가중 평균 분자량을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 가스 누출 검출 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스 누출로부터 개별 가스 화합물 및/또는 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법에 관한 것이다.
석유, 가스, 화학 및 발전소 산업은 비산하는 가스 누출에 대한 효율적인 현장 검출을 끊임없이 모색하고 있다. 이러한 산업에서 사용되는 대부분의 가스 (예 : 메탄, 프로판, 벤젠 등)는 공기와 혼합 될 때 독성이 높고 폭발성이 있다. 또한, 누출되는 가스의 대부분은 온실 가스 범주에 속하므로 기후 불안정성 및 온도 상승에 기여하고 있다. 또한, 가스 누출 문제는 그 산업에 이윤 손실을 초래하고 있다.
일반적으로 대부분의 선진국의 규정은 가스 누출을 최소화하고 통제하기 위해 지속적인 장비 모니터링을 요구한다. 현재, 휘발성 유기 화합물(volatile organic compounds, VOC) 및 기타 가스의 검출을 용이하게 하는 다양한 제품이 있다. 이 제품들의 대부분은 "스니퍼(sniffers)"라는 범주에 속한다. 스니퍼는 정확한 가스 농도 판독 값을 제공하지만 파이프, 밸브 또는 기타 가스 운반 구성 요소와 근접하게 현지에서 수행해야 하는 검사 프로세스와 관련된 광범위한 작업으로 인해 어려움을 겪는다.
광학 가스 이미징 시스템은 가스 누출 탐지로도 알려져 있다. 서로 다른 가스는 다른 스펙트럼 대역에서 서로 다른 흡수선으로 특징지어지며, 이것은 다른 필터를 사용하여 다른 가스나 가스 그룹을 검출하고 분류할 수 있다. 일반적으로 광학 가스 검출 시스템에는 냉각 검출기와 냉각 또는 비냉각 대역 통과 필터가 포함된다. 예를 들어, 두 시스템은 모두 카메라의 듀어(dewar)에 위치한다. 그러한 시스템의 민감도는, 예를 들어, 냉각 또는 비 냉각 대역 통과 필터(들)를 다른 필터로 대체할 수 없기 때문에 단일 유형(또는 제한된 유형의 가스)의 가스로 제한된다.
기존 광학 가스 이미징(Optical Gas Imaging, OGI) 기술은 석유 화학 산업시설 내 휘발성 유기 화합물(VOC)의 누출을 시각화 할 수 있다. 일반적으로 이러한 배출 가스의 증기는 다양한 알칸 화합물 및 방향족의 혼합물로 구성된다. 현재의 OGI 기술은 감도가 높고 저온 냉각된 카메라를 활용하는데, 이 카메라는 스펙트럼 대역 통과 필터를 사용하여 3.2㎛ 와 3.4㎛ 사이에 흡수선이 있는 탄화수소 가스를 검출하도록 튜닝 되어 있다.
일부 화합물의 유해성(예: 발암물질로 판명된 벤젠) 때문에 규제기관과 업계가 가스 누출을 검출하는 것뿐만 아니라, 벤젠 함량이 높은 가스 플룸(plume)인지, 아니면 훨씬 덜 유해한 대부분의 알칸 혼합물(예 : 프로판, 부탄 등)의 플룸인지 파악하는 것도 중요하다. 또한 메탄은 매우 강력한 온실가스(greenhouse gas, GHG)이므로 검출된 가스 플룸이 메탄 함량이 높은지 여부를 판단하는 것이 중요하다. 본 발명의 추가 실시예에서, OGI 기술은 이산화황, 이산화탄소 및 일산화탄소를 스택(stack) 및 플레어(flare)의 방출 플룸에 배분할 수 있다.
본 발명은 가스 누출로부터 개별 가스 화합물 및/또는 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면은 지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 개별 가스 화합물을 분류하는 방법을 제공하며, 상기 방법은: 극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제1 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제1 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제1 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계; 상기 극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제2 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제2 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제2 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계; 상기 제1 및 제2 이미지로부터 상기 제1 및 제2 필터 각각에서 상기 가스의 상대 흡수 반응을 각각 계산하는 단계; 미리 정해진 계수의 세트를 계산하는 단계; 상기 상대 흡수 반응을 상기 제1 및 제2 필터의 상대 반응의 합으로 각각 정규화하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 필터 상의 순수 상대 반응을 결정하고 각각의 반응을 상기 제1 및 제2 필터 상의 관찰된 상대 반응과 비교함으로써 상기 누출 가스의 가스 화합물 또는 가스 화합물 그룹의 가중 평균 분자량을 계산하는 단계를 포함하고, 제1 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스 화합물의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제2 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스 화합물의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제3 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스 화합물의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율이고; 제4 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스 화합물의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율인 가스 누출로부터 개별 가스 화합물을 분류하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법을 제공하며, 상기 방법은: 극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제1 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제1 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제1 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계; 상기 극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제2 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제2 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제2 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계; 상기 제1 및 제2 이미지로부터 상기 제1 및 제2 필터 각각에서 상기 가스의 상대 흡수 반응을 각각 계산하는 단계; 미리 정해진 계수의 세트를 계산하는 단계; 상기 상대 흡수 반응을 상기 제1 및 제2 필터의 상대 반응의 합으로 각각 정규화하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 필터 상의 순수 상대 반응을 결정하고 각각의 반응을 상기 제1 및 제2 필터 상의 관찰된 상대 반응과 비교함으로써 상기 누출 가스의 가스 또는 가스 그룹의 가중 평균 분자량을 계산하는 단계를 포함하고, 제1 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제2 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제3 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율이고; 제4 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율인 가스 누출로부터 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법을 제공한다.
지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 개별 가스 화합물 및 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법에 있어서, 상기 방법은: 극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제1 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제1 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제1 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계; 상기 극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제2 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제2 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제2 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계; 상기 극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제3 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제3 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제3 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계; 상기 제1, 제2 및 제3 이미지로부터 상기 제1, 제2 및 제3 필터 각각에서 상기 가스 화합물의 상대 흡수 반응을 각각 계산하는 단계; 미리 정해진 계수의 세트를 계산하는 단계; 상기 상대 흡수 반응을 상기 제1, 제2 및 제3 필터의 상대 반응의 합으로 각각 정규화하는 단계; 및 상기 제1, 제2 및 제3 필터 상의 순수 상대 반응을 결정하고 각각의 반응을 상기 제1, 제2 및 제3 필터 상의 관찰된 상대 반응과 비교함으로써 상기 누출 가스의 가스 화합물 또는 가스 화합물 그룹의 가중 평균 분자량을 계산하는 단계를 포함하고, 제1 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제2 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제3 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제3 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제4 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율이고; 제5 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율이고; 제6 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제3 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율이고; 제7 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제3 필터의 투과율이고; 제8 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제3 필터의 투과율이고; 제9 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제3 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제3 필터의 투과율인 가스 누출로부터 개별 가스 화합물 및 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법을 제공한다.
본 발명의 이들, 추가 및/또는 다른 측면 및/또는 장점 및/또는 추론될 수 있는 것 및/또는 본 발명의 실시에 의해 학습 가능한 것은 다음의 상세한 설명에 제시되어 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 더 나은 이해를 위해 그리고 그것이 어떻게 수행될 수 있는지를 보여주기 위해, 순전히 예로서, 참조 번호가 전체에 걸쳐 대응하는 요소 또는 섹션을 나타내는 첨부 도면을 참조할 것이다.
첨부 도면에서:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 누출로부터 및/또는 가스 누출의 자동 검출을 위해 개별 가스 화합물 및/또는 화합물 그룹(예를 들어, 알칸 또는 방향족 또는 벤젠)을 분류하기 위한 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 누출에서 가스 화합물 또는 가스 화합물 그룹을 분류하기 위한 시스템의 분류 유닛에 의해 수행되는 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄 및 프로판의 흡광 스펙트럼과 함께 EyeCgas 표준 필터 투과율 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 1탄소, 메탄에서 8탄소, 옥탄까지 8 개의 직선 체인 알칸에 대한 흡광도 반응을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 필터에 대한 모든 알칸의 상대 반응을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤젠을 분류하기 위한 제3 필터의 사용을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 필터에서 두 개의 인접한 알칸의 흡광도 반응을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 필터에서 두 개의 알칸, 메탄 및 옥탄의 흡광도 반응을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 필터에서 벤젠을 알칸으로부터 분리하기 위한 흡광도 반응을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 필터에서 벤젠을 알칸으로부터 분리하기 위한 흡광도 반응을 나타내는 그래프이다.
첨부 도면에서:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 누출로부터 및/또는 가스 누출의 자동 검출을 위해 개별 가스 화합물 및/또는 화합물 그룹(예를 들어, 알칸 또는 방향족 또는 벤젠)을 분류하기 위한 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 누출에서 가스 화합물 또는 가스 화합물 그룹을 분류하기 위한 시스템의 분류 유닛에 의해 수행되는 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄 및 프로판의 흡광 스펙트럼과 함께 EyeCgas 표준 필터 투과율 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 1탄소, 메탄에서 8탄소, 옥탄까지 8 개의 직선 체인 알칸에 대한 흡광도 반응을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 필터에 대한 모든 알칸의 상대 반응을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤젠을 분류하기 위한 제3 필터의 사용을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 필터에서 두 개의 인접한 알칸의 흡광도 반응을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 필터에서 두 개의 알칸, 메탄 및 옥탄의 흡광도 반응을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 필터에서 벤젠을 알칸으로부터 분리하기 위한 흡광도 반응을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 필터에서 벤젠을 알칸으로부터 분리하기 위한 흡광도 반응을 나타내는 그래프이다.
이하의 설명에서, 본 발명의 다양한 측면이 설명된다. 설명의 목적으로, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 구성 및 세부 사항이 설명된다. 그러나, 본 발명이 여기에 제시된 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 발명을 불명료하게 하지 않기 위해 잘 알려진 특징들은 생략되거나 단순화될 수 있다. 도면에 대한 구체적인 참조와 함께, 제시된 세부사항은 본 발명에 대한 예시적 논의만을 위한 것이며, 가장 유용하고 쉽게 이해할 수 있는 것을 제공한다는 명분으로 제시된다는 점을 강조한다. 이와 관련하여, 발명에 대한 근본적인 이해를 위해 필요한 것보다 더 상세하게 발명의 구조적 세부사항을 보여주려는 시도는 없으며, 도면과 함께 설명은 발명의 여러 형태가 실제로 구현될 수 있는 방법을 본 분야의 통상의 기술자에게 분명하게 보여준다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예가 상세하게 설명되기 전에, 본 발명은 이하의 설명 또는 도면에 도시된 구성의 상세 및 구성의 배치에 대한 적용에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 개시된 실시예들의 조합뿐만 아니라 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있는 다른 실시예들에 적용 가능하다. 또한, 여기에서 사용된 어구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 하기 논의로부터 명백한 바와 같이, 명세서 논의 전체에 걸쳐 "프로세싱", "컴퓨팅", "계산", "결정", "향상" 등과 같은 용어는, 컴퓨팅 시스템의 레지스터 및/또는 메모리 내의 전자적 수량과 같은 물리적으로 표현된 데이터를 물리적으로 유사하게 표현된 다른 데이터로 조작 및/또는 변환하는 컴퓨터 또는 컴퓨팅 시스템 또는 유사한 전자 컴퓨팅 장치를 지칭하는 것으로 인식되어야 한다. 개시된 모듈이나 유닛은 최소한 부분적으로 컴퓨터 프로세서에 의해 구현될 수 있다.
일반적으로, 지정된 시야(specified field of view)에서 가스 누출 내의 가스 그룹을 분류하는 시스템 및 방법이 개시된다.
시스템은 냉각 검출기와 광학, 그리고 광학과 검출기 사이에 위치된 적어도 2개의 교환 가능한 대역 통과 필터를 포함할 수 있다. 제1 대역 통과 필터는 제1 부류의 가스 누출 스펙트럼 대역과 일치하는 제1 스펙트럼 대역에서 전자기 방사선을 전송한다. 제2 대역 통과 필터는 제2 부류의 누출 가스 스펙트럼 대역과 일치하는 제2 스펙트럼 대역에서 전자기 방사선만을 전송한다. 시스템은 냉각 검출기에 의해 생성된 이미지를 처리하도록 배치된 분류 유닛을 포함할 수 있으며, 그 이미지에 기초하여 지정된 시야에서 누출되는 가스의 유량을 결정할 수 있다. 또한, 시스템은 교대로 생성된 다수의 제1 스펙트럼 대역 이미지 및 다수의 제2 스펙트럼 대역 이미지에 기초하여, 지정된 시야에서의 가스 누출을 결정하도록 배치된 검출 유닛(detection unit)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 누출로부터 개별 가스 화합물 또는 가스 화합물 그룹을 분류하기 위한 시스템 및/또는 지정된 시야에서 가스 누출을 자동 검출하기 위한 시스템의 개략도인 도 1을 참조한다.
시스템(100)은 검출기(116)와 관련하여 광학(114)을 포함하는 이미징 유닛(110)(예를 들어, 적외선(IR) 비디오 또는 스틸 카메라)을 포함할 수 있다. 광학(114)은 전자기 방사선을 검출기(116)에 집중시키고/시키거나 전자기 방사선의 원하는 광 경로를 보장하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 검출기(116)는 극저온 냉각 열 검출기(예를 들어, 냉각 조립체(111)에 의해 극저온 냉각)이다. 검출기(116)는 특정 스펙트럼 범위 내에서 작동하도록(예를 들어, 전자기 방사선을 검출하도록) 배치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 검출기(116)는 중파 적외선(IR) 범위 내에서(예를 들어, 3-5㎛ 파장 범위의 전자기 방사선을 검출하기 위해) 작동하고/하거나 장파 IR 범위 내에서(예를 들어, 7-14㎛ 파장 범위의 전자기 방사선을 검출하기 위해) 작동하도록 배치된다. 검출기(116)는 검출된 전자기 방사선에 기초하여 지정된 시야에서의 적어도 하나의 이미지를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 구체예에서, 지정된 시야는 개별 가스 화합물 또는 누출 가스의 가스 화합물 그룹을 포함한다.
일 실시예에서, 검출기(116)의 특정 스펙트럼 대역은 누출 가스의 유형에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 특정 스펙트럼 대역은 아세틸렌, 에탄, 헵탄, 염화수소, 이소부탄, 이소옥탄, 이소펜탄, 옥탄 및/또는 메탄과 같은 누출 가스를 분류하기 위해 3-5㎛ 파장 범위로 설정될 수 있다. 검출기(116)의 특정 스펙트럼 대역은, 예를 들어, 누출 가스 화합물의 유형 또는 가스 화합물의 그룹에 기초하여 상이한 값으로 설정될 수 있음에 유의한다.
시스템(100)은 필터 조립체(120)를 포함할 수 있다. 필터 조립체(120)는 제1 대역 통과 필터(122)를 포함할 수 있다. 제1 대역 통과 필터(122)는 비 냉각 필터(예를 들어, 임의의 열 안정화 수단을 받지 않는 필터)이거나 냉각 필터(예를 들어, 냉각 수단을 받는 필터)일 수 있다. 제 1 대역 통과 필터(122)는 제1 스펙트럼 대역 내에서 전자기 방사선 범위를 전송하도록 구성될 수 있다. 제1 스펙트럼 대역은 누출 가스의 유형에 기초하여 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 스펙트럼 대역은 누출 가스가 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 비 투명 누출 가스 스펙트럼 대역과 일치하도록 설정된다.
예를 들어, 누출 가스가 메탄인 경우, 제1 스펙트럼 대역은 메탄이 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 3.2-3.5㎛ (3.2-3.5㎛ base to base, 즉 최소 파장 λmin-λmax) 범위로 설정될 수 있다. 다양한 실시예에서, 누출 가스는 전자기 방사선을 방출 또는 흡수하는 여러 스펙트럼 대역을 가지고/가지거나 제1 스펙트럼 대역은 최적 누출 가스 스펙트럼 대역과 일치하도록 설정된다.
필터 조립체(120)는 제2 대역 통과 필터(124)를 포함할 수 있다. 제2 대역 통과 필터(122)는 냉각 필터일 수 있거나 비 냉각 필터일 수 있다(예를 들어, 임의의 온도 안정화 수단에 영향을 받지 않거나 온도 안정화 수단에 영향을 받는 필터). 제2 대역 통과 필터(124)는 제2 스펙트럼 대역 내에서 전자기 방사선 범위를 전송하도록 구성될 수 있다. 제2 스펙트럼 대역은 제1 대역 통과 필터(122)의 제1 스펙트럼 대역 중 적어도 하나 및/또는 검출기(116)의 특정 스펙트럼 대역에 기초하여 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 스펙트럼 대역은 누출 가스가 전자기 방사선을 방출하거나 흡수하지 않는 누출 가스 스펙트럼 대역과 일치하도록 설정된다. 예를 들어, 누출 가스에 대한 예로서 메탄을 참조하면, 제2 스펙트럼 대역은 3.3-3.7㎛ (3.3-3.7㎛ base to base, 즉 λmin-λmax) 범위로 설정될 수 있고, 여기서 알칸 그룹 가스는 투명하다(예 : 전자기 방사선을 방출하거나 흡수하지 않는다). 일 실시예에서, 검출기(116)의 특정 스펙트럼 대역은 제1 대역 통과 필터(122)의 제1 스펙트럼 대역 및 제2 대역 통과 필터(124)의 제2 스펙트럼 대역을 포함한다. 예를 들어, 누출 가스 그룹에 대한 예로서 알칸을 참조하면, 검출기(116)의 특정 스펙트럼 대역은 3-5㎛ 사이의 범위로 설정될 수 있고, 이에 따라 3.2-3.5㎛ 범위의 제 1 스펙트럼 대역 및 3.3-3.7㎛ 범위의 제2 스펙트럼 대역을 포함할 수 있다.
필터 조립체(120)는 제3 대역 통과 필터(128)를 포함할 수 있다. 제3 대역 통과 필터(128)는 냉각 필터일 수 있거나 비 냉각 필터일 수 있다(예를 들어, 임의의 온도 안정화 수단에 영향을 받지 않거나 온도 안정화 수단에 영향을 받는 필터). 제3 대역 통과 필터(128)는 제3 스펙트럼 대역 내에서 전자기 방사선 범위를 전송하도록 구성될 수 있다. 제3 스펙트럼 대역은 제1 대역 통과 필터(122)의 제1 스펙트럼 대역 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있고, 제2 대역 통과 필터(124)의 제2 스펙트럼 대역 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있고/있거나 검출기(116)의 특정 스펙트럼 대역에 기초하여 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 제3 스펙트럼 대역은 누출 가스가 전자기 방사선을 방출하거나 흡수하지 않는 누출 가스 스펙트럼 대역과 일치하도록 설정된다. 예를 들어, 누출 가스의 예로서 벤젠을 참조하면, 제3 스펙트럼 대역은 3.1-3.4㎛ (3.1-3.4㎛ base to base, 즉 λmin-λmax) 사이의 범위로 설정될 수 있고, 여기서 벤젠 그룹 가스는 투명하다(예 : 전자기 방사선을 방출하거나 흡수하지 않는다). 일 실시예에서, 검출기(116)의 특정 스펙트럼 대역은 제1 대역 통과 필터(122)의 제1 스펙트럼 대역, 제2 대역 통과 필터(124)의 제2 스펙트럼 대역 및 제3 대역 통과 필터의 제3 스펙트럼 대역을 포함한다. 예를 들어, 누출 가스 그룹에 대한 예로서 알칸을 참조하면, 검출기(116)의 특정 스펙트럼 대역은 3-7㎛ 사이의 범위로 설정될 수 있고, 이에 따라 제1 스펙트럼 대역은 3.2-3.5㎛ 범위, 제2 스펙트럼 대역은 3.3-3.7㎛ 범위 그리고 제3 스펙트럼 대역은 3.1-3.4 ㎛ 범위로 설정될 수 있다.
필터 조립체(120)는 n개의 필터까지 추가 대역 통과 필터(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 추가 대역 통과 필터는 냉각 필터일 수 있거나 비 냉각 필터일 수 있다(예를 들어, 임의의 온도 안정화 수단에 영향을 받지 않거나 온도 안정화 수단에 영향을 받는 필터). 이러한 추가 대역 통과 필터는 n개의 추가 스펙트럼 대역 내에서 전자기 방사선을 전송하도록 구성될 수 있다. 이러한 스펙트럼 대역은 제1 대역 통과 필터(122)의 제1 스펙트럼 대역 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수 있고, 제2 대역 통과 필터(124)의 제2 스펙트럼 대역, 제3 대역 통과 필터(128)의 제3 스펙트럼 대역에 기초하여 결정될 수 있고, 또는 n개의 추가 필터 중 임의의 스펙트럼 대역 및/또는 검출기(116)의 특정 스펙트럼 대역에 기초하여 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 검출기(116)의 특정 스펙트럼 대역은 제1 대역 통과 필터 (122)의 제1 스펙트럼 대역, 제2 대역 통과 필터(124)의 제2 스펙트럼 대역, 제3 대역 통과 필터의 제3 스펙트럼 대역 및 n번째 대역 통과 필터의 n번째 스펙트럼 대역을 포함한다.
다양한 실시예에서, 제1 스펙트럼 대역 및/또는 제2 스펙트럼 대역 및/또는 제n 스펙트럼 대역은 대기가 방사선을 방출하거나 흡수하지 않는 투명한 대기 스펙트럼 대역에 있도록 설정될 수 있다. 다양한 실시예에서, 제1 스펙트럼 대역 및/또는 제2 스펙트럼 대역 및/또는 제n 스펙트럼 대역은 검출기(116)가 실시간 이미지를 생성하는 데 사용될 수 있는 방식으로 검출된 광자를 광전자로 변환할 수 있도록 추가로 설정된다.
필터 조립체(120)는 필터 스위칭 메커니즘(126)을 포함할 수 있다. 필터 스위칭 메커니즘(126)은 제1 대역 통과 필터(122), 제2 대역 통과 필터(124), 제3 대역 통과 필터(128) 및 추가 n번째 필터 사이를 교환하도록 배치될 수 있으며, 이에 의해 검출기(116)(또는 듀어(112))와 광학(114) 사이에 제1 대역 통과 필터(122) 또는 제2 대역 통과 필터(124) 또는 제3 대역 통과 필터(128) 또는 n번째 대역 통과 필터를 위치시킨다. 다양한 실시예에서, 필터 스위칭 메커니즘(126)은 예를 들어, 슬라이딩(도시되지 않음) 또는 피봇팅 메커니즘(예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은)을 포함한다.
다양한 실시 예에서, 제1 대역 통과 필터 (122) 및/또는 제2 대역 통과 필터(124) 및/또는 제3 대역 통과 필터(128) 및/또는 n번째 대역 통과 필터는 예를 들어, 검출 및/또는 분류되는 누출 가스의 유형에 기초하여 다른 필터로 대체될 수 있다.
필터(예를 들어, 제1 대역 통과 필터(122), 제2 대역 통과 필터(124), 제3 대역 통과 필터(128) 및 n개의 추가 필터)에 의해 검출기(예를 들어, 검출기(116))로 전송되는 전자기 방사선은 초점이 맞지 않을 수 있다. 검출기에 의해 생성되는 이미지에 대한 대역 통과 필터의 공간적 기여는 가우시안(Gaussian)-유사 형태를 가질 수 있고 낮은 공간 주파수를 포함할 수 있다. 필터의 이러한 공간적 기여는 예를 들어, 생성된 이미지에서 불균일성(non-uniformities)을 초래할 수 있다. 시스템(100)은 검출기(116)에 의해 생성된 이미지에 디지털 2차원 고역 통과 필터를 적용하여 필터(예를 들어, 제1 대역 통과 필터(122), 제2 대역 통과 필터(124), 제3 대역 통과 필터(128) 등)의 공간적 기여를 필터링하도록 배치된 필터링 유닛(130)을 포함할 수 있다.
가장 간단한 실시예에서, 검출기(116)는 제1 대역 통과 필터(122)를 사용하여 제1 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지를 생성하도록 배치될 수 있다. 검출기(116)는, 제2 스펙트럼 대역 통과 필터(124)를 사용하여(예: 예를 들어, 필터 스위칭 메커니즘(126)에 의해, 제1 스펙트럼 대역 통과 필터(122)와 제2 스펙트럼 대역 통과 필터(124) 사이에서 교환시), 제2 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지를 생성하도록 배치될 수 있다.
다양한 실시예에서, 검출기(116)는, 제3 및/또는 추가 대역 통과 필터를 사용하여, 제3 및 추가 스펙트럼 대역의 지정된 시야의 적어도 제3 및 추가 스펙트럼 대역 이미지를 생성하도록 배치될 수 있다.
다양한 실시예에서, 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지 및/또는 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지 각각은 스틸 이미지(들) 또는 비디오 이미지(들) 중 하나이다. 일 실시예에서, 시스템(100)은 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지 및 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지가 외부 조명없이 획득되는 수동 이미징 시스템(passive imaging system)이다. 일 실시예에서, 시스템(100)은 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지 및 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지가 외부 조명으로 획득되는 능동 이미징 시스템(active imaging system)일 수 있다.
실시예에서, 필터 조립체(120)는 제3 대역 통과 필터(128) 및 심지어 제4 및 제5 대역 통과 필터(미도시)를 포함할 수 있다. 필터 조립체(120)는 다수의 서로 다른 교환 가능한 협(narrow) 대역 통과 스펙트럼 필터의 사용을 가능하게 하는 필터 휠 메커니즘(filter wheel mechanism)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 이것은 누출된 가스 플룸에서 다양한 가스 화합물의 분류를 허용할 수 있다. 이러한 분류는 2-3 가스의 상대 농도를 검색하는 것을 포함하거나, 복잡한 가스 혼합물에서 특정 가스 화합물의 존재 또는 부재를 검증하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 적절한 캘리브레이션 데이터, 계산 알고리즘 및 처리 능력과 함께 필터 휠 어셈블리의 사용은 혼합물에서 분자의 평균 질량을 검색하는 것처럼 가스 플룸 혼합물의 분류를 달성하기 위해 사용될 수 있다.
시스템(100)은 비 균일 보정(non-uniformity correction, NUC) 및 불량 픽셀 교체(bad pixels replacement, BPR) 유닛(135)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, NUC-BPR 유닛(135)은 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지 및/또는 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지 및/또는 제3 및 추가 스펙트럼 대역 이미지의 NUC 및 BPR을 수행하도록 배치된다. NUC 및 BPR은, 예를 들어, 검출기(116)에 의해 생성된 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지 및/또는 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지 및/또는 제3 및/또는 추가 스펙트럼 대역 이미지에서의 노이즈를 감소시키도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 시스템(100)은 분류 유닛(140)을 포함한다. 분류 유닛(140)은 지정된 시야의 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지를 수신하고 지정된 시야의 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지를 수신하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 분류 유닛(140)은, 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지 및 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지에 기초하여, 지정된 시야에서의 누출 가스의 반응(response)을 결정하도록 배치된다(예를 들어, 도 2와 관련하여 후술되는 바와 같이). 일 실시예에서, 분류 유닛(140)은, 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지 및 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지에 기초하여, 지정된 시야에서의 누출 가스의 분류(classification)를 결정하도록 배치된다(예를 들어, 도 2와 관련하여 후술되는 바와 같이).
본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)처럼, 가스 누출 시 가스 화합물 또는 가스 화합물 그룹을 분류하기 위한 시스템 및/또는 가스 누출의 자동 검출을 위한 시스템의 분류 유닛(140)과 같은 분류 유닛에 의해 수행되는 방법의 흐름도인 도 2를 참조한다.
분류 유닛(140)은 지정된 시야의 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지를 수신하고 지정된 시야의 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지를 수신하도록 배치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 분류 유닛(140)은 NUC 및 BPR 이후에, 예를 들어 NUC-BPD 유닛(135)에 의해 수행된 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지 및/또는 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지를 수신한다(예를 들어, 도 1과 관련하여 전술한 바와 같이).
일 실시예에서, 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지는 지정된 시야의 다수의 시간 순차적인(temporally-sequential) 제1 스펙트럼 대역 이미지 및/또는 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지는 지정된 시야의 다수의 시간 순차적인 제2 스펙트럼 대역 이미지를 포함한다. 분류 유닛(140)은 다수의 시간 순차적인 제1 스펙트럼 대역 이미지들의 각 픽셀 값들에 기초하여 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지의 각 픽셀, 각각의 픽셀의 평균값을 결정하고/하거나 다수의 시간 순차적인 제2 스펙트럼 대역 이미지들의 각의 픽셀 값들에 기초하여 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지의 각 픽셀, 각각의 픽셀의 평균값을 결정하도록 추가로 배치될 수 있다. 이의 평균화(the averaging thereof)는 예를 들어, 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지 및 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지의 노이즈를 감소시켜서 해당 이미지의 신호 대 노이즈 비(signal to noise ratio, SNR)를 향상시키도록 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 분류 유닛(140)은 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지에 대한 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지의 등록(registration)을 수행하도록 배치된다. 일 실시예에서, 등록은 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지에 대해 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지를 관련시킴으로써 수행된다. 이의 등록(the registration thereof)은 적어도 하나의 제2 스펙트럼 대역 이미지에 대한 적어도 하나의 제1 스펙트럼 대역 이미지의 오프셋(offsets)을 정정하도록 배치될 수 있다. 오프셋은, 예를 들어, 시스템(100) 변위 및/또는 제1 대역 통과 필터(122)와 제2 대역 통과 필터(124) 사이의 차이에서 기인할 수 있다(예를 들어, 필터의 불균일성(non-uniformities) 및/또는 그 필터 사이의 오정렬(misalignment)로 인한).
실시예 1 : 알칸 혼합물 및 순수한 벤젠 결정:
많은 경우에, 누출된 가스 플룸의 조성에 대한 사전 지식이 있다. 석유 화학 산업 환경에서 가장 많이 탐지된 플룸은 주로 알칸인, 휘발성 유기 화합물(VOC)의 복잡한 혼합물이다. 본 발명의 예는 알칸이 주된 화합물일 때 플룸 분자 질량의 추정 및 계산을 허용한다. 본 발명의 특정 예는 혼합물에서 평균 탄소 수(1 내지 8)를 추정 및/또는 계산할 수 있다.
도 3의 그래프에는, 메탄과 프로판의 흡광 스펙트럼이 나타난다. 그래프는 1 ppm m(parts per million meter)(1 atm 및 25 °C)에서 수집된 메탄 및 프로판의 흡광 스펙트럼과 함께 EyeCgas 표준 필터 투과율이다. 필터는 두 개의 화합물, 즉 첫번째 필터에 나타나는 메탄과 두번째 필터에 나타나는 프로판을 명확하게 분리한다. 일 실시예에서, 체적 검출(volumetric detection)은 프로판으로 정규화(normalized)되고, 다른 실시예에서, 체적 검출은 다른 가스, 예를 들어 메탄, 에탄 등으로 정규화될 수 있다.
도 4의 그래프에서, 염기(base) 10 흡광도 단위(absorbance units, AU)에서 흡수 반응은 1 탄소 메탄에서 8 탄소 옥탄까지 8개의 직선 체인 알칸에 대해 제공된다 : 메탄 (1 탄소, 16 g/mol), 에탄(2 탄소, 30 g/mol), 프로판(3 탄소, 44 g/mol), 부탄(4 탄소, 58 g/mol), 펜탄(5 탄소, 72 g/mol), 헥산(6 탄소, 86 g/mol) 및 옥탄(8 탄소, 114 g/mol). 또한, 벤젠 흡수 반응도 보여준다. 이들 모두는 표준 실온 및 압력 조건(25 ℃ 및 1 기압)에서 1ppm m 농도로 측정되었다.
필터 1은 3.2 ㎛-3.5 ㎛(3.2-3.5 base to base)의 대역 통과를 갖는다.
필터 2는 3.3 ㎛-3.7 ㎛(3.3-3.7 base to base)의 대역 통과를 갖는다.
두 개의 필터 각각에서 가스의 상대 반응은 면적 적분 프로세스에서 파장에 따른 투과율(transmission)에 의해 가중된 가스 흡광도 곡선 아래 면적을 사용하여 계산될 수 있다. 도 4의 흡수 그래프에서 볼 수 있듯이 모든 알칸은 두 필터로 모두 검출될 수 있지만 벤젠은 첫번째 필터에서만 검출될 수 있다(짙은 어두운 곡선).
메탄에 대한 체적 흡수(volumetric absorption relative to methane, VARM)는 각각의 화합물에 대해 식 1에 주어진 비율로 계산된다:
여기서,
Acompound(λ) - 관련 화합물에 대한 각 파장에서의 흡광도 값.
Amethane(λ) - 메탄에 대한 각각의 파장에서 흡광도 값.
Tfilter(n, λ) - 카메라의 n번째 필터에 대한 각각의 파장에서의 투과율 값.
λmin 및 λmax - 각각 카메라 필터의 단변 및 장변(short and long edge) 파장, 즉 base to base.
도 5는 탄소 수에 대한 VARM을 보여준다. 곡선이 서로에 대한 필터의 비율을 충족하는 곳은 1이다.
알칸의 경우, 흡수 반응(곡선 아래 면적)은 두 필터에서 분자의 크기에 따라 단조롭게 증가하지만 필터 1에서는 훨씬 느리게 증가한다. 이것은 도 4에 표시되어 있다. 또한, 이 영역의 질량 중심이 더 긴 파장으로 이동한다. 두 필터에 대한 모든 알칸의 상대 반응(표준 필터에서 메탄(또는 다른 가스)으로 정규화된 계산된 면적)은 아래 표와 같다:
| 명칭 | 분자량(g/mole) | 탄소 수 |
상대 면적
필터 1 |
상대 면적
필터 2 |
| 메탄 | 16 | 1 | 1.00 | 0.30 |
| 에탄 | 30 | 2 | 2.55 | 2.06 |
| 프로판 | 44 | 3 | 3.46 | 3.63 |
| 부탄 | 56 | 4 | 4.17 | 4.88 |
| 펜탄 | 72 | 5 | 4.96 | 5.94 |
| 헥산 | 86 | 6 | 5.59 | 6.91 |
| 헵탄 | 100 | 7 | 6.30 | 7.59 |
| 옥탄 | 114 | 8 | 7.04 | 9.05 |
| 벤젠 | 78 | 6 | 1.17 | 0.00 |
벤젠 곡선은 그래프의 왼쪽을 향한 굵은 곡선인 필터(122)인 첫번째 필터에서만 반응이 감지되는 유일한 가스 화합물이다.
각 필터의 상대 반응 정보는 카메라가 알칸 혼합물의 플룸(석유 화학 산업에서 매우 일반적인)을 관찰한다고 가정할 때 평균 탄소 수를 계산하기에 충분한 정보를 제공한다. 일부 실시예에서, 평균 탄소 수를 계산하기 위한 가능한 접근법은 두 필터 모두에서 극도의 순수한 상대 반응(각각 1 및 8개의 탄소, 메탄 및 옥탄)을 고려하고 이를 두 필터에서 관찰된 상대 반응과 비교하는 것이다.
두 필터에서 누출이 감지되면 두 필터 모두에 대한 상대 반응이 계산되고 상대 반응의 합으로 정규화된다. 이 정규화는 r1+r2=1과 같은 두 필터(r1, r2)에 대해 제한된 응답을 제공한다. 두 모델의 알칸 화합물(예 : 메탄 및 옥탄)만으로 구성된 알칸 혼합물 플룸을(대용으로) 가정하는 위의 모델은 다음과 같이 공식화될 수 있다:
여기서, 커널 매트릭스(kernel matrix) K의 각 요소는 필터(2x2 차원; 2개의 화합물, 2개의 필터)에서 대리 화합물의 상대 반응(매트릭스에서 임의의 요소로 정규화 된)이다. 커널 매트릭스의 라인(lines) 또는 행(rows)은 두 필터(숫자 인덱스)를 나타내고, 열(columns)은 두 엣지(edge) 대용 알칸 화합물을 나타낸다(이 실시예에서 인덱스 m과 o는 메탄 및 옥탄이고, 다른 실시예에서는 가스가 다를 수 있다, 예를 들어 에탄, 프로판).
검출된 플룸에서 대용 알칸 화합물의 기초적인 추정 비례 농도는 본 실시예에서, 예를 들어 Pm+Po=1과 같이, 메탄 및 옥탄에 대한 Pm 및 Po로 각각 주어진다. 계수 a는 벡터 r의 성분들의 합을 1(unity)로 제한하기 위한 정규화 계수이다.
이 모델은 두 극한 성분의 비례 농도에 대해 해결될 수 있고, 평균 탄소 수 
의 추정 및/또는 계산은(이 실시예의 경우) 다음과 같이 계산될 수 있다:
실시예에서, 필터 2에서 플룸이 검출되지 않으면, 플룸이 순수한 벤젠으로 구성되어 있다고 결론지을 수 있다.
실시예 2 : 혼합물 중 벤젠 상대 농도:
본 발명의 특정 실시예는 또한, 도 6에서와 같이, 3.0㎛-3.3㎛ base to base 사이의 파장을 갖는 제3 필터를 추가함으로써 벤젠과 알칸의 혼합물에 대한 상대적 제조(예를 들어, 
의 30% 벤젠 및 70% 알칸 혼합물)를 특정할 수 있다.
다음과 같이 3개의 미지수(벡터 P, 2개의 알칸 혼합물 대체물 및 벤젠)를 풀기 위해 3개의 방정식을 공식화하는 데 사용되는 3개의 측정값(3개의 필터에 있는 벡터 r)이 있다:
2-필터 실시예에 대해, 커널 매트릭스(K)의 각 요소는 필터(3x3 차원; 3개의 화합물, 3개의 필터)에서 가스 화합물의 상대 반응(매트릭스의 임의의 요소로 정규화 된)이다. 커널 매트릭스의 라인 또는 행은 3개의 필터(숫자 인덱스)를 나타내고 열은 3개의 화합물, 두 엣지(edge) 대용 알칸 및 벤젠을 나타낸다. 다시, 지수 m, o 및 b는 이 실시예에서 메탄, 옥탄 및 벤젠에 대한 것이다. 다른 실시예에서, 다른 기체 화합물이 선택될 수 있다. 누출된 가스의 검출된 플룸에서 가스 화합물의 기초적인 추정 비례 농도는 본 예에서, 예를 들어 Pm+Po+Pb=1와 같이, 메탄, 옥탄 및 벤젠에 대한 Pm, Po 및 Pb로 각각 주어진다. 계수 a는 벡터 r의 성분들의 합을 1로 제한하기 위한 정규화 계수이다.
실시예의 알고리즘의 결과는, 누출된 가스 플룸에서 벤젠의 체적 분율(volumetric fraction)을 제공하며, 알칸 혼합물에서 추정된 평균 탄소 수를 갖는 알칸 혼합물에 대한 체적 분율은 다음과 같이 계산될 수 있다:
여기서, Pm 및 Po의 합은 
계산에 P'm 및 P'o를 제공하기 위해 1로 정규화된다.
실시예 3 : 단순 혼합물의 상대 농도:
일부 경우에, 검출된 누출 플룸에서 몇 가지 화합물만이 동일한 스펙트럼 영역에서 또한 흡수된다는 사전 지식이 있다. 이러한 실시예에서, 2개 이상의 필터 (적어도 2개의 화합물에 대한 2개 이상의 필터 등)는 필터 휠에 대해 플룸에서 가스 화합물의 상대 농도를 할당하도록 설계될 수 있다.
일 실시예에서, 수학적 공식은 전술한 대용 화합물 상대 농도 분석과 유사하지만 실제 가스 화합물에 대한 것이다. 이러한 경우의 실시예에서, 이산화탄소 및 일산화탄소 배출에 비례하여 이산화황을 함유하는 스택(stack) 또는 플레어(flare) 배출이 있다.
일부 실시예에서, 일부 중첩 스펙트럼 투과 영역을 가질 수 있는 2개의 서로 다른 필터의 조합을 사용하여, 본 발명의 실시예는 일부 중첩 흡수 스펙트럼 영역을 가질 수 있는 2 개 가스의 상대 농도를 할당할 수 있다. 도 7 내지 도 10의 그래프는 2개의 서로 다른 필터의 스펙트럼 투과율과 함께 2개의 서로 다른 가스에 대한 흡수 스펙트럼의 4가지 예를 보여준다. 누출된 가스 플룸이 주로 2개의 가스 화합물로 구성되어 있다는 사전 지식이 있다고 가정하면, 2개의 필터에 대한 상대 반응 데이터는 2개의 화합물의 상대 농도(%)를 계산하기에 충분할 수 있다.
일부 실시예에서, 일부 중첩 스펙트럼 투과 영역을 가질 수 있는 3개의 서로 다른 필터의 조합을 사용하여, 본 발명의 실시예는 일부 중첩 흡수 스펙트럼 영역을 가질 수 있는 3개 가스 화합물 또는 3개 가스 화합물 그룹의 상대 농도를 할당할 수 있다. 이 경우, 3개의 서로 다른 필터의 스펙트럼 투과율과 함께 3개의 서로 다른 가스 화합물에 대한 3개의 스펙트럼이 확인될 수 있다. 누출된 가스 플룸이 주로 3개의 가스 화합물로 구성되어 있다는 사전 지식이 있다고 가정하면, 3개의 필터에 대한 상대 반응 데이터는 3개의 가스 화합물의 상대 농도(%)를 계산하기에 충분할 수 있다.
일부 실시예에서, 일부 중첩 스펙트럼 투과 영역을 가질 수 있는 n개의 서로 다른 필터의 조합을 사용하여, 본 발명의 실시예는 일부 중첩 흡수 스펙트럼 영역을 가질 수 있는 n개 가스의 상대 농도를 할당할 수 있다. 이는 n개의 서로 다른 필터의 스펙트럼 투과율과 함께 n개의 서로 다른 가스에 대한 흡수 스펙트럼을 얻는 결과를 가져온다. 누출된 가스 플룸이 주로 n개의 가스 화합물로 구성되어 있다는 사전 지식이 있다고 가정하면, n개의 필터에 대한 상대 반응 데이터는 n개의 가스 화합물의 상대 농도(%)를 계산하고/하거나 복수의 누출 가스로부터 개별 가스 화합물 또는 가스 화합물 그룹을 분류하기에 충분할 수 있다.
본 발명의 양태는, 본 발명의 실시예에 따른 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품의 흐름도 및/또는 부분도를 참조하여 설명되었다. 순서도 예시 및/또는 부분도의 각 부분, 및 순서도 예시 및/또는 부분도의 부분의 조합은 컴퓨터 프로그램 명령에 의해 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령은 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터 또는 기계를 생성하기 위한 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치의 프로세서에 제공될 수 있으며, 이로써 컴퓨터의 프로세서 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치를 통해 실행되는 명령어는 흐름도 및/또는 부분도 또는 그 일부에 지정된 기능/작용을 구현하기 위한 수단을 생성한다.
이들 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 컴퓨터, 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치 또는 다른 장치가 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있으며, 이로써 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령은 흐름도 및/또는 부분도 부분 또는 그 일부에 지정된 기능/동작을 구현하는 명령을 포함하는 제조 물품을 생산한다. 컴퓨터 프로그램 명령은 컴퓨터, 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치 또는 다른 장치에 로딩되어 컴퓨터로 구현된 프로세스를 생성하기 위해 컴퓨터, 다른 프로그램 가능 장치 또는 다른 장치에서 일련의 동작 단계가 수행되게 할 수 있고, 이로써 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 장치에서 실행되는 명령어는 흐름도 및/또는 부분도 부분 또는 그 부분에 지정된 기능/동작을 구현하기 위한 프로세스를 제공한다.
전술한 흐름도 및 다이어그램은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품의 가능한 구현의 아키텍처, 기능 및 동작을 도시한다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 부분 다이어그램의 각 부분은 지정된 논리적 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 부분을 나타낼 수 있다. 일부 대안적인 구현에서, 부분에서 언급된 기능은 도면에서 언급된 순서를 벗어나서 발생할 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 연속으로 도시된 2개의 부분은 실제로 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 또는 관련된 기능에 따라 부분이 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 또한, 부분도 및/또는 흐름도의 각 부분 및 부분도 및/또는 흐름도에서 부분의 조합은 특정 기능 또는 동작, 또는 특수 목적 하드웨어와 컴퓨터 명령의 조합을 수행하는 특수 목적의 하드웨어 기반 시스템에 의해 구현될 수 있다.
상기 설명에서, 실시예는 본 발명의 예 또는 구현이다. "일 실시예", "실시예", "특정 실시예"또는 "일부 실시예"의 다양한 출현이 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징들이 단일 실시예와 관련하여 설명될 수 있지만, 특징들은 또한 개별적으로 또는 임의의 적절한 조합으로 제공될 수 있다. 반대로, 본 발명은 명확성을 위해 별도의 실시예와 관련하여 여기에 설명될 수 있지만, 본 발명은 단일 실시예로도 구현될 수 있다. 본 발명의 특정 실시예는 상기 개시된 상이한 실시예의 특징을 포함할 수 있고, 특정 실시예는 상기 개시된 다른 실시예의 요소를 포함할 수 있다. 특정 실시예와 관련하여 본 발명의 구성 요소의 개시는 특정 실시예에서만 사용되는 것을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 또한, 본 발명은 다양한 방식으로 수행 또는 실시될 수 있고, 본 발명은 상기 설명에 요약된 것들 이외의 특정 실시예에서 구현될 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명은 이들 도면 또는 대응하는 설명으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 흐름은 각각의 도시된 박스 또는 상태를 통해, 또는 도시되고 설명된 것과 정확히 동일한 순서로 이동할 필요가 없다. 본 명세서에서 사용된 기술적 및 과학적 용어의 의미는 달리 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되어야 한다. 본 발명은 제한된 수의 실시예와 관련하여 설명되었지만, 이들은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 바람직한 실시예의 일부로서 해석되어야 한다. 다른 가능한 변형, 수정 및 응용도 본 발명의 범위 내에 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 지금까지 설명한 것에 의해서가 아니라 첨부된 청구 범위 및 그에 상응하는 법적 등가에 의해 제한되어야 한다.
Claims (7)
- 지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 개별 가스 화합물을 분류하는 방법으로서,
극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제1 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제1 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제1 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계;
상기 극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제2 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제2 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제2 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계;
상기 제1 스펙트럼 대역 이미지 및 상기 제2 스펙트럼 대역 이미지로부터 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 각각에서 상기 가스의 상대 흡수 반응을 각각 계산하는 단계;
미리 정해진 계수의 세트를 계산하는 단계로서, 제1 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제2 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제3 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율이고; 제4 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율인 단계;
상기 상대 흡수 반응을 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터의 상대 반응의 합으로 각각 정규화하는 단계; 및
상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 상의 순수 상대 반응을 결정하고 각각의 반응을 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 상의 관찰된 상대 반응과 비교함으로써 상기 누출 가스의 가스 화합물의 가중 평균 분자량을 계산하는 단계를 포함하는, 지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 개별 가스 화합물을 분류하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 가스 화합물의 상대 반응을 계산하는 단계는 메탄, 에탄 또는 프로판 중 적어도 하나에 대한 상기 가스 화합물의 체적 흡수를 계산하는 단계를 포함하는, 지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 개별 가스 화합물을 분류하는 방법. - 지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법으로서,
극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제1 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제1 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제1 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계;
상기 극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제2 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제2 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제2 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계;
상기 제1 스펙트럼 대역 이미지 및 상기 제2 스펙트럼 대역 이미지로부터 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 각각에서 상기 가스의 상대 흡수 반응을 각각 계산하는 단계;
미리 정해진 계수의 세트를 계산하는 단계로서, 제1 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제2 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제3 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율이고; 제4 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율인 단계;
상기 상대 흡수 반응을 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터의 상대 반응의 합으로 각각 정규화하는 단계; 및
상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 상의 순수 상대 반응을 결정하고 각각의 반응을 상기 제1 필터 및 상기 제2 필터 상의 관찰된 상대 반응과 비교함으로써 상기 누출 가스의 가스 또는 가스 그룹의 가중 평균 분자량을 계산하는 단계를 포함하는, 지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 가스 화합물 그룹의 상대 반응을 계산하는 단계는 메탄, 에탄 또는 프로판 중 적어도 하나에 대한 상기 가스 화합물 그룹의 체적 흡수를 계산하는 단계를 포함하는, 지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법. - 지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 개별 가스 화합물 및 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법으로서,
극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제1 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제1 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제1 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계;
상기 극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제2 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제2 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제2 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계;
상기 극저온으로 냉각된 검출기에 의해 그리고 적어도 n개의 필터 중 제3 필터를 사용하여, 전자기 방사선을 방출하고 흡수하는 상기 누출 가스의 스펙트럼 대역과 일치하는 제3 스펙트럼 대역에서 지정된 시야의 제3 스펙트럼 대역 이미지를 생성하는 단계;
상기 제1, 제2 및 제3 이미지로부터 상기 제1, 제2 및 제3 필터 각각에서 상기 개별 가스 화합물 및 상기 가스 화합물 그룹의 상대 흡수 반응을 각각 계산하는 단계;
미리 정해진 계수의 세트를 계산하는 단계로서, 제1 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제2 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제3 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제3 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제1 필터의 투과율이고; 제4 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율이고; 제5 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율이고; 제6 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제3 가스의 통합 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제2 필터의 투과율이고; 제7 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제1 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제3 필터의 투과율이고; 제8 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제2 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제3 필터의 투과율이고; 제9 계수는 알려진 가스의 미리 결정된 알려진 농도에 대한 제3 가스의 스펙트럼 흡수 반응 및 상기 제3 필터의 투과율인 단계;
상기 상대 흡수 반응을 상기 제1, 제2 및 제3 필터의 상대 반응의 합으로 각각 정규화하는 단계; 및
상기 제1, 제2 및 제3 필터 상의 순수 상대 반응을 결정하고 각각의 반응을 상기 제1, 제2 및 제3 필터 상의 관찰된 상대 반응과 비교함으로써 상기 누출 가스의 가스 화합물 및 가스 화합물 그룹의 가중 평균 분자량을 계산하는 단계를 포함하는, 지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 개별 가스 화합물 및 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 가스 화합물 및 상기 가스 화합물 그룹의 상대 반응을 계산하는 단계는 메탄, 에탄 또는 프로판 중 적어도 하나에 대한 상기 가스 화합물 또는 상기 가스 화합물 그룹의 체적 흡수를 계산하는 단계를 포함하는, 지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 개별 가스 화합물 및 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 개별 가스 화합물 및 상기 가스 화합물 그룹은 각각 벤젠 및 2개의 엣지 대용 알칸을 포함하는, 지정된 시야에서 복수의 누출 가스로부터 적어도 하나의 개별 가스 화합물 및 가스 화합물 그룹을 분류하는 방법.
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